高架桥加固计算书.docx
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高架桥加固计算书
预应力混凝土连续箱梁桥加固验算
1桥梁建设与维修加固情况
按6车道高速公路设计,桥面布置0.5m(外护栏)+14.75m(行车道)+1.0m(内护栏)+1.0m(中央分隔带)+1.0m(内护栏)+14.75m(行车道)+0.5m(外护栏)=33m,双幅单向分离式桥梁。
跨径布置31.5+40+28.5=100m,主梁为单箱双室箱预应力混凝土连续箱梁桥,
梁高1.83m,顶宽16.25m,底宽8.45m,顶板厚25cm,底板厚20cm,腹板厚40cm。
该桥施工图设计于1996年12月完成,1997年1月开工,1998年5月竣工,1999年9月正式通车,2001年1月竣工验收。
2003年5月发预应力混凝土连续箱梁梁底分别出现不同程度的裂缝,且裂缝数量不断增加,裂缝宽度不断加大。
2005年7月对其进行了第
一次维修加固。
但经过约一年的运营观测,发现边跨底板出现横向裂缝。
2006年7月,进行了第二次维修加固。
两次加固采取的加固措施分述如下:
1.1第一次维修加固方案
1)凿除中墩中心线两侧各3m范围内的桥面铺装层,在中跨箱梁墩顶粘贴钢板。
规格为60001006mm,每墩各46题条,共92
条。
2)在中墩两侧箱梁各开两个1mX1m的检查孔。
3)对箱梁裂缝病害作压力灌浆或表面封闭处理。
4)在边跨箱梁底板底面粘贴二层碳纤维片。
5)对墩顶腹板斜裂缝区域进行裂缝封闭处理并粘贴腹板补强钢板,在中跨墩顶区域中腹板两侧粘贴斜向钢板。
规格为
12901006mm,每侧各5条,共20条。
④交通部公路科学研究所
6)浇注体外预应力钢束锚固段混凝土。
7)在中跨张拉体外预应力钢束。
采用平行于中跨箱梁底板的直线束,利用墩顶横隔板作为钢束锚固台座,将体外束锚固于墩顶横隔板上,锚固中心距箱梁底板底面50cm。
共设置8束15出15.24预应力钢绞线,钢铰线采用带PE套管的无粘结钢铰线,强度为1860MPa,张拉控制应力为1209MPa。
锚具采用YM15-15系列,两端张拉。
8)体外预应力钢束锚固段内孔道压浆,封锚。
9)在中跨箱梁底板底面粘贴一层C-30碳纤维片。
尺寸为4000845cm。
10)在中跨箱梁底板顶面粘贴钢板。
规格为200002006mm,每室各8条,共16条。
1.2第二次维修加固方案
1)在边跨箱梁底板粘贴钢板,检查孔局部粘贴钢板。
规格为52502006mm的20条(底板底面);规格为42002006mm的4条(底板底面);规格为35902006mm的24条(底板顶面);规格为16001006mm的16条(横向)。
2)边跨腹板粘贴钢板。
腹板内侧钢板规格为415020010mm,沿腹板高度布置3条,共24条;腹板外侧钢板规格为
525020010mm,沿腹板高度布置3条,共12条。
3)中跨检查孔局部粘贴钢板。
规格为20002006mm,一个检查孔横向2条,纵向2条,共16条。
2计算参数
本计算书采用公路桥梁设计系统GQJS建模分析计算,所需计算参数如下:
2.1荷载参数
1)二期恒载:
桥面原设计为8cm沥青混凝土铺装,实测为10cm沥青混凝土铺装,容重按23kN/m3计;桥梁内外护栏以12.5kN/m计。
总二期恒载每延米重=14.750.12312.546.43kN/m
④交通部公路科学研究所
2)计算活载:
公路I级,按3车道验算时横向分布系数=3(车道数)>0.78(横向折减系数)刈偏心增大系数,用交通部公路科学研究所开发的桥梁结构检测分析系统QLJC2.0的空间实体模型分析分析荷载偏心增大影响系数结果详见表1。
按加固后结构计
算本桥第一振型频率3.142Hz,第二振型频率5.133Hz,由此计算出冲击系数1(正弯矩区):
0.187,冲击系数2(正弯矩区):
0.273。
表1偏载增大系数
截面位置
截面位置x
偏心增大系数
A(边跨L/8)
4
1.615
B(边跨L/2)
16
1.252
C(边跨7L/8)
28
1.310
D(中跨L/8)
36.5
1.320
E(中跨L/2)
51.5
1.177
F(中跨7L/8)
66.5
1.369
G(边跨L/8)
75
1.251
H(边跨L/2)
86
1.249
I(边跨7L/8)
96
1.640
3)混凝土收缩徐变:
相对湿度75%,混凝土构件理论厚度、收缩徐变系数由程序自动计算。
4)温度:
箱梁竖向日照温差按100mm沥青混凝土铺装层考虑,由JTGD60—2004表4310-3得:
「14oC,T?
5.5oC,箱梁竖向日照反温差为正温差乘以-0.5,整体升降温按20oC考虑。
支座摩阻系数0.05。
5)支座不均匀沉降:
0.8cm,位于右侧中支点处。
2.2计算阶段
阶段1:
支架现浇砼,开工时间1998年1月,1天
@交通部公路科学研究所
阶段2:
阶段3:
阶段4:
阶段5:
阶段6:
阶段7:
阶段8:
阶段9:
阶段10:
阶段11:
阶段12:
阶段13:
阶段14:
阶段15:
阶段16:
阶段17:
阶段18:
阶段19:
阶段20:
N1张拉,
2天
N1压浆,
预应力束
N2
张拉,
3天
N2压浆,
预应力束
N3
张拉,
4天
N3压浆,
预应力束
N4
张拉,
5天
N4压浆,
6天
10天
预应力束
预应力束
预应力束
预应力束
预应力束
卸支架,
桥面系施工(二期恒载),竣工时间1998年4月,100天混凝土收缩徐变,
混凝土收缩徐变,
混凝土收缩徐变,
混凝土收缩徐变,
混凝土收缩徐变,
混凝土收缩徐变,
混凝土收缩徐变,
混凝土收缩徐变,
300天(不输出)
1999年9月正式通车,600天(不输出)
960天(不输出)
1320天(不输出)
1680天,(荷载组合验算设计荷载)
2003年5月发现裂缝,1830天
2190天(不输出)
2550天(不输出)
凿除中墩中心线两侧各3m范围内的桥面铺装层,2005年5月第一次加固开始,2910天中跨箱梁顶面墩中心线两侧各3m范围内粘贴钢板,2920天
在中墩两侧箱梁各开两个1mX1m的检查孔,2930天
重铺凿除的桥面铺装层,边跨箱梁底板粘贴二层碳纤维片,2940天
@交通部公路科学研究所
阶段21:
墩顶中跨箱梁腹板斜裂缝区域粘贴腹板补强钢板,2950天
阶段22:
浇注体外预应力钢束锚固段混凝土,2960天
阶段23:
张拉体外预应力钢束,2970天
阶段24:
体外预应力钢束锚固段内孔道压浆,封锚,2980天
阶段25:
中跨箱梁底板粘贴一层碳纤维片,2990天
阶段26:
中跨箱梁底板顶面粘贴钢板,2005年7月第一次加固结束,3000天,(荷载组合验算设计荷载)
阶段27:
边跨箱梁底板粘贴钢板,边跨腹板粘贴钢板,检查孔局部粘贴钢板,2006年7月第二次加固结束,3360天
阶段28:
混凝土收缩徐变,阶段29:
混凝土收缩徐变,阶段30:
混凝土收缩徐变,阶段31:
混凝土收缩徐变,阶段32:
混凝土收缩徐变,阶段33:
混凝土收缩徐变,阶段34:
混凝土收缩徐变,
3720天(不输出)
4080天(不输出)
4440天(不输出)
4800天(不输出)
5160天(不输出)
5520天(不输出)
5880天
阶段35:
荷载组合验算设计荷载,6240天
2.3材料参数
2.3.1主结构材料
本计算书主结构材料按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004取值
1)混凝土材料:
原设计为85规范50号混凝土,实际检测结果:
按《回弹法检测混凝土强度抗压强度技术规范》(江苏省地方标准
④交通部公路科学研究所
DB32/P(JG)002-92),计算得跨延陵路桥西幅混凝土强度推定值能达到04规范C45级。
弹性模量3.35104Mpa,容重26kN/m3
设计强度:
轴心抗压G20.5Mpa,轴心抗拉ftd1.74Mpa
标准强度:
轴心抗压fek29.6Mpa,轴心抗拉ftk2.51Mpa
2)预应力钢材:
采用JTGD62规范19^15.2预应力钢绞线
弹性模量1.95105Mpa,容重78.5kN/m3
钢束面积A19140mm22660mm20.00266m2
标准强度fpk1860Mpa,设计强度fpd1260Mpa
张拉控制应力1395Mpa,
3)预应力管道金属波纹管内95mm,外102mm。
孔道摩擦系数尸0.25,偏差系数k=0.0015;孔道面积
Ak0.00952/40.00709m2。
4)预应力钢绞线张拉系数1.0(一次张拉),松弛系数0.3(低松弛)。
5)YM锚具一端回缩量6mm,两端张拉。
2.3.2维修加固材料
本计算书维修加固材料按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004和《混凝土结构加固设计规范》
GB50367-2006取值。
1)预应力钢材:
采用JTGD62-2004钢铰线d=15.2类
④交通部公路科学研究所
公称直径:
15.24mm,弹性模量:
1.95105Mpa,容重78.5kN/m3,标准强度:
fpk1860Mpa,设计强度fpd1260Mpa。
钢束
面积:
A815140mm16800mm0.0168m,张拉控制应力:
1209MPa。
锚具采用YM15-15系列,两端张拉。
2)钢板:
采用符合国家标准《钢结构设计规范》GB50017—2003的Q235钢材,容重78.5kN/m3。
弹性模量:
206000MPa,抗拉设
计强度:
215MPa,
3)碳纤维布:
按GB50367-2006表9.1.6-1中II级重要构件碳纤维布设计参数。
厚度:
0.167mm,单位面积质量:
300g/m2,抗拉标准强度:
3000MPa,弹性模量:
200000MPa。
抗拉设计强度:
1400MPa。
多层粘贴时面积应折减0.9。
2.4几何参数
本桥计算跨径为:
31.5+40+28.5=100m,计算时将原结构离散为123个桥面系单元,用8个非桥面系单元模拟中墩两侧挖孔,用12个非桥面系单元模拟中墩两侧体外预应力锚固区底板加厚段,用1个拉索单元模拟中跨体外预应力锚固区之间的体外预应力索,体外
预应力索两端锚固段内的部分用预应力钢筋模拟,外贴碳纤维和钢板用普通钢筋模拟。
由输入数据形成的单元断面图、箱梁局部透视图、结构离散图、预应力及加固布置图详见图1~4。
按JTGD62规范第4.2.3条规定计算桥面系箱形截面上下缘有效宽度,主要截面效宽度计算结果见表2。
表2桥面系箱形截面上下缘有效宽度
单元
i端上缘
i端下缘
j端上缘
j端上缘
1
13.654
8.45
13.401
8.45
2
13.401
8.45
13.654
8.45
3
12.239
7.298
13.435
7.932「
4
13.435
7.932
14.28
8.156
5
14.28
8.156
14.786
8.156
©交通部公路科学研究所
6
14.786
8.156
14.786
8.156
31
14.786
8.156
14.533
P8.156「
32
14.533
8.156
14.432
8.156
33
14.432
8.156
13.794
8.122
34
13.794
8.122
13.136
7.773
35
13.136
7.773
12.538
7.457
36
13.781
8.45
13.401
8.45
37
13.401
8.45
14.278
8.45
38
13.616
8.05
13.755
8.073
39
13.755
8.073
13.921
8.102
40
13.921
8.102
14.087
8.13
41
14.087
8.13
14.253
8.158
42
14.253
8.158
14.419
8.186
43
14.419
8.186
14.585
8.215
44
14.585
8.215
14.752
8.243
45
14.752
8.243
14.862
8.262
46
14.862
8.262
15.305
P8.337:
47
15.305
8.337
14.693
8.127
48
14.693
8.127
14.693
8.127
80
14.693
8.127
15.305
8.337
81
15.305
8.337
14.862
8.262
82
14.862
8.262
14.752
8.243
83
14.752
8.243
14.585
8.215
84
14.585
8.215
14.419
8.186
85
14.419
8.186
14.253
8.158
86
14.253
8.158
14.087
8.13
87
14.087
8.13
13.921
8.102
88
13.921
8.102
13.755
8.073
89
13.755
8.073
13.616
8.05
90
14.278
8.45
13.979
8.45
@交通部公路科学研究所
图1结构离散图
半支点截血
半跨中截闻
图2断面尺寸
X
ci
④交通部公路科学研究所
图3箱梁局部透视图
中跨中心线
图4预应力及加固布置图
@交通部公路科学研究所
3计算结果
3.1第二次加固结束时荷载组合验算结果
3.1.1抗弯承载能力极限状态验算
全桥抗弯承载能力极限状态计算结果包络图详见图5。
从图5中可看出,箱梁局部区域最大抗弯极限承载能力不满足规范要求,如
图5红圈所示。
變大发生在爼合1的屿单无1节点业,量屮湖的&酣如擾空在鉅合1的单元1节直赴
昂大剪力郎T4伽发生在緘合2的3T单元1节点免摄小剪旳5.550噥生在組合1的旳单元2节点处
最大弯矩58CHT.T知0境生在組合1的&4单元E节点灶,最小穹矩-孰刃&0和。
发兰在組合1的轴単元2节点处
73454.37
抗弯强度包貉SK虹色:
量丈抗弯强度:
蓝色:
最小轨鸾强度;绿色:
张皿書色:
Mmin)
图5抗弯承载能力极限状态计算结果包络图
3.1.2正常使用极限状态截面抗裂验算
按预应力混凝土A类构件验算,短期效应组合,截面最小正应力-2.11MPa,见图6,最小主拉应力-2.11MPa,见图7。
长期效应组合,截面最小正应力-1.98MPa,见图8,最小主拉应力-1.98Mpa,见图9。
JTGD62桥规6.3.1规定:
A类构件拉应力,在作用短期效应组合下stpc0.7仃0.72.511.76Mpa,在长期效应组合下
④交通部公路科学研究所
It
pc
该结构stpc2.11MPa0.7ftk1.76Mpa,K”1.98MPa0,因此,正应力不满足规范对A类构件的要求,要考虑按B
类构件验算,详见下节。
JTGD62桥规6.3.1规定:
A类和B类预应力混凝土构件主拉应力,在短期效应组合下,tp0・5如0.52.511.26Mpa
厂宙援大应力1L3S胃发生在组合1的常单元2节点处「懐小应力-0一细38发生在组合2的单元1节西鈕下壕虽大应力1。
羽T1炭生在爼合2的硝单元1节点处」最小应力乜一山也塩生在组舍1的单元1节点处
该结构tp2.110.5ftk1.26Mpa,因此,主拉应力不满足规范要求。
图6短期效应组合截面最小正应力计算结果包络图
量小主拉应力2751S生在姐合2的的单元2节点到下线距离d皿曲处
閱大主压应为空"发生花组合2的硝单元1节点到下绦距篱g一甜甜处
iiiiiesEiiiiiiinuniiSEasaiisih
图7短期效应组合截面最小主拉应力计算结果包络图
图8长期效应组合截面最小正应力计算结果包络图
戳i嬲耗蟲/联聽鶴器鱷零鳖
图9长期效应组合截面最小主拉应力计算结果包络图
3.1.3持久状态截面正应力验算
JTGD62规范7.1.5规定,持久状况允许开裂的B类预应力混凝土受弯构件的应力应符合下列规定:
受压区混凝土最大压应力:
cc0.5fck0.529.614.8Mpa
钢绞线最大拉应力:
cc0.65fpk0.6518601209Mpa
12.42MPav14.8Mpa符合
持久状态截面上下缘最大最小应力计算结果包络图详见图10和图11。
计算结果表明,最大压应力值为:
JTGD62规范要求,边跨中墩附近出现了部分拉应力,最大值为:
-2.62MPa,由于该截面加固了钢板和碳纤维可以按B类预应力混凝
土受弯构件验算,取拉应力最大的96单元左端验算开裂截面应力,按JTGD62规范7.1.4规定计算结果如图12所示,受压区混凝土最大压应力10.4Mpav14.8Mpa符合JTGD62规范要求。
预应力钢绞线最大拉应力值为1237.14Mpa,略大于允许值1209Mpa,但在允许误差范围内,其余区段均小于1209MPa,满足规范要求。
賤辭監益蕊蠶至翳;留蠶尋需噩囑犒須髭務聲翳?
團誥齬需籃
图10正常使用极限状态截面上下缘最小应力计算结果包络图
繼饕務翟鬆雜豔g黑罷芻?
3^T^1C0“丄蹄结点坐标乡
图1296单元左端验算开裂截面应力应力计算结果
3.2第一次加固结束时荷载组合验算结果
3.2.1抗弯承载能力极限状态验算
全桥抗弯承载能力极限状态计算结果包络图详见图13。
从图13中可看出,箱梁局部区域最大抗弯极限承载能力不满足规范要求,
如图13红圈所示。
垠犬轴力企羽3STM0览生在粗台「T的贬单元2节点处,量小轴*-23710.6700#生在粗合1的单元1节点址^±©±9031.8200^在蛆合2的浙单元1节直处{是丿h起力T稠T.15CD垸生在齟舍1ffi頤单元2节点处蛊大鸾矩&0133.l&OC^:
生在蛆合1的药单元1节点址,量小营拒-孙646.43皿定生在詛合2的齐单无2节点处
73454.37
图13抗弯承载能力极限状态计算结果包络图
3.2.2正常使用极限状态截面抗裂验算
按预应力混凝土A类构件验算,短期效应组合,截面最小正应力-2.27MPa,见图14,最小主拉应力-2.27MPa,见图15。
长期效应组合,截面最小正应力-2.13MPa,见图16,最小主拉应力-2.13Mpa,见图17。
JTGD62桥规6.3.1规定:
A类构件拉应力,在作用短期效应组合下stpc0.7柿0.72.511.76Mpa,在长期效应组合下
Itpc0。
该结构stpc2.27MPa0.7ftk1.76Mpa,K”2.13MPa0,因此,正应力不满足规范对A类构件的要求,要考虑按B
类构件验算,详见下节。
JTGD62桥规631规定:
A类和B类预应力混凝土构件主拉应力,在短期效应组合下,tp0・5抵0.52.511.26Mpa
该结构tp2.270.5ftk1.26Mpa,因此,主拉应力不满足规范要求。
图14短期效应组合截面最小正应力计算结果包络图
爰小主拉应力-0.2343®生在组合2的勺洋元1节点到下嫌距离0.0000®
呈犬王压应*10.2627^生在组合2的45单元i节点到下錄距离9,虻血处
賤戳隸雷鼎騎轄蹩蘇爵;僭轟輕盅社
图16长期效应组合截面最小正应力计算结果包络图
盘小主竝应力・°.伯妁发生在组台乞的射单元2节点到下喙距离OOOOOa
杲大工压应力9.02S1®生在粗含2的屿单元】节点到下螺距韶94昶£址
图17长期效应组合截面最小主拉应力计算结果包络图
323持久状况截面正应力验算
JTGD62规范7.1.5规定,持久状况允许开裂的B类预应力混凝土受弯构件的应力应符合下列规定:
受压区混凝土最大压应力:
cc0.5fck0.529.614.8Mpa
钢绞线最大拉应力:
cc0.65fpk0.6518601209Mpa
持久状况上下缘最大、最小正应力计算结果包络图详见图18、19。
计算结果表明,最大压应力值为:
12.29MPav14.8MPa符合JTG
D62规范要求,边跨跨中墩附近出现了部分拉应力,最大值为:
-2.92MPa,按JTGD62规范7.1.4要求取拉应力最大的96单元左端验
算开裂截面应力,计算结果如图20所示,受压区混凝土最大压应力16.41MPa>14.8MPa不符合JTGD62规范要求。
预应力钢绞线最大拉应力值为1237.14Mpa,略大于允许值1209Mpa,但在允许误差范围内,其余区段均小于1209MPa,满足规范
要求。
螺蜃大应力吃Z8ST发生在组合1ffi的单元2节直处量小应力7一閃TT发生在迢合SOY=19.坐标X=1.T
下绦星大应力115826^生疋爼合2的45单元1节点处」虽小应力-2.9239^在绢含1的加单元1节点处
图18持久状况截面上下缘最大应力计算结果包络图
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图19持久状况截面上下缘最小应力计算结果包络图
图2096单元左端验算开裂截面应力计算结果
④交通部公路科学研究所
3.3加固前荷载组合验算结果
3.3.1抗弯承载能力极限状态验算
全桥抗弯承载能力极限状态计算结果包络图详见图21。
从图21中可看出,箱梁局部区域最大抗弯极限承载能力不满足规范要求,
如图21红圈所示。
默轴力nDOOD境生在超合1的124>元1节点处,堀小釉力7"工茨E握生在坦台2的骷単元它节点社
杲才柯十觥曲.5曲口食生在蛆合2的3T单元1节点处剪力T岀446C0潢生在蛆舍1的9C单元Z书宜处
^*^63713.390C垸生在爼合1的矣单元1节点址届小弯矩-4甜皈迦礙生在组合2的36单元2节点处
图21抗弯承载能力极限状态计算结果包络图
3.3.2正常使用极限状态截面抗裂验算
加固前的结构按全预应力混凝土构件验算,短期效应组合,截面最小正应力-2.08MPa,见图22,最小主拉应力-2.08MPa,见图23。
JTGD62桥规6.3.1规定:
全预应力构件截面上下缘拉应力,在作用短期效应组合下st0.8”0。
该结构
st0.8pc2.08MPa0,因此,正应力不满足规范对全预应力构件的要求。
JTGD62
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